Un generador de señales es uno de los dispositivos electrónicos que genera señales eléctricas con propiedades definidas de amplitud, frecuencia y forma de onda. Estas señales generadas se utilizan como estímulo para realizar mediciones electrónicas, por lo general para diseñar, probar, solucionar problemas y reparar dispositivos electrónicos o electroacústicos, aunque también suelen tener usos artísticos. [1]
Existen muchos tipos diferentes de generadores de señales con diferentes propósitos y aplicaciones y con distintos niveles de costo. Estos tipos incluyen generadores de funciones , generadores de señales de RF y microondas, generadores de tono, generadores de formas de onda arbitrarias , generadores de patrones digitales y generadores de frecuencia. En general, ningún dispositivo es adecuado para todas las aplicaciones posibles.
Un generador de señales puede ser tan simple como un oscilador con frecuencia y amplitud calibradas. Los generadores de señales de uso más general permiten controlar todas las características de una señal. Los generadores de señales de uso general modernos tendrán un control por microprocesador y también pueden permitir el control desde una computadora personal. Los generadores de señales pueden ser instrumentos autónomos independientes o pueden estar incorporados en sistemas de prueba automáticos más complejos.
En junio de 1928, el General Radio 403 fue el primer generador de señales comerciales que se comercializó. Admitía un rango de frecuencia de 500 Hz a 1,5 MHz. [2] Además, en abril de 1929, General Radio comercializó el primer estándar de frecuencia comercial con una frecuencia de 50 KHz. [3]
Un generador de funciones es un dispositivo que produce formas de onda simples y repetitivas . Dichos dispositivos contienen un oscilador electrónico , un circuito que es capaz de crear una forma de onda repetitiva . (Los dispositivos modernos pueden utilizar el procesamiento de señales digitales para sintetizar formas de onda, seguido de un convertidor digital a analógico , o DAC, para producir una salida analógica). La forma de onda más común es una onda sinusoidal , pero los osciladores de forma de onda de diente de sierra , escalonado ( pulso ), cuadrado y triangular están comúnmente disponibles, al igual que los generadores de forma de onda arbitraria (AWG). Si el oscilador opera por encima del rango de audición humana (>20 kHz ), el generador a menudo incluirá algún tipo de función de modulación , como modulación de amplitud (AM), modulación de frecuencia (FM) o modulación de fase (PM), así como un segundo oscilador que proporciona una forma de onda de modulación de frecuencia de audio .
Un generador de formas de onda arbitrarias (AWG o ARB) es un generador de señales sofisticado que genera formas de onda arbitrarias dentro de los límites publicados de rango de frecuencia , precisión y nivel de salida. A diferencia de un generador de funciones que produce un pequeño conjunto de formas de onda específicas, un AWG permite al usuario especificar una forma de onda de origen de distintas maneras. Un AWG es generalmente más caro que un generador de funciones y, a menudo, tiene menos ancho de banda. Un AWG se utiliza en aplicaciones de prueba y diseño de gama alta.
Los generadores de señales de RF (radiofrecuencia) y microondas se utilizan para probar componentes, receptores y sistemas de prueba en una amplia variedad de aplicaciones, incluidas las comunicaciones celulares, WiFi , WiMAX , GPS , transmisión de audio y video, comunicaciones por satélite, radar y guerra electrónica . Los generadores de señales de RF y microondas normalmente tienen características y capacidades similares, pero se diferencian por el rango de frecuencia. Los generadores de señales de RF generalmente varían de unos pocos kHz a 6 GHz, mientras que los generadores de señales de microondas cubren un rango de frecuencia mucho más amplio, desde menos de 1 MHz hasta al menos 20 GHz. Algunos modelos llegan hasta 70 GHz con una salida coaxial directa y hasta cientos de GHz cuando se usan con módulos multiplicadores de guía de ondas externos. Los generadores de señales de RF y microondas se pueden clasificar además como generadores de señales analógicas o vectoriales.
Los generadores de señales analógicas basados en un oscilador de onda sinusoidal eran comunes antes de la aparición de la electrónica digital y todavía se utilizan. Había una clara distinción entre el propósito y el diseño de los generadores de señales de radiofrecuencia y de audiofrecuencia.
Los generadores de señales de RF producen señales de radiofrecuencia de onda continua de amplitud y frecuencia definidas y ajustables. Muchos modelos ofrecen varios tipos de modulación analógica, ya sea como equipo estándar o como una capacidad opcional para la unidad base. Esto podría incluir AM , FM , ΦM (modulación de fase) y modulación de pulso . Una característica común es un atenuador para variar la potencia de salida de la señal. Dependiendo del fabricante y el modelo, las potencias de salida pueden variar de −135 a +30 dBm. Es deseable un amplio rango de potencia de salida, ya que diferentes aplicaciones requieren diferentes cantidades de potencia de señal. Por ejemplo, si una señal tiene que viajar a través de un cable muy largo hasta una antena, puede ser necesaria una señal de salida alta para superar las pérdidas a través del cable y aún tener suficiente potencia en la antena. Pero cuando se prueba la sensibilidad del receptor, se requiere un nivel de señal bajo para ver cómo se comporta el receptor en condiciones de baja relación señal-ruido.
Los generadores de señales de RF están disponibles como instrumentos de sobremesa, instrumentos para montaje en bastidor, módulos integrables y en formatos de nivel de tarjeta. Las aplicaciones móviles, de pruebas de campo y aerotransportadas se benefician de plataformas más ligeras que funcionan con baterías. En las pruebas automatizadas y de producción, el acceso a través de un navegador web, que permite el control de múltiples fuentes, y las velocidades de conmutación de frecuencia más rápidas mejoran los tiempos de prueba y el rendimiento.
Los generadores de señales de RF son necesarios para el mantenimiento y la configuración de receptores de radio y se utilizan para aplicaciones de RF profesionales.
Los generadores de señales de RF se caracterizan por sus bandas de frecuencia, capacidades de potencia (−100 a +25 dBc), ruido de fase de banda lateral única en varias frecuencias portadoras, espurias y armónicos, velocidades de conmutación de frecuencia y amplitud y capacidades de modulación.
Los generadores de señales de audiofrecuencia generan señales en el rango de audiofrecuencia y superiores. Un ejemplo temprano fue el oscilador de audio HP200A , el primer producto vendido por Hewlett-Packard Company en 1939. Las aplicaciones incluyen la verificación de la respuesta de frecuencia de los equipos de audio y muchos usos en el laboratorio electrónico.
La distorsión del equipo se puede medir utilizando un generador de audio de muy baja distorsión como fuente de señal, con un equipo adecuado para medir la distorsión de salida armónico a armónico con un analizador de ondas , o simplemente la distorsión armónica total . Se puede lograr una distorsión de 0,0001% mediante un generador de señal de audio con un circuito relativamente simple. [4]
Con la llegada de los sistemas de comunicaciones digitales, ya no es posible probar adecuadamente estos sistemas con generadores de señales analógicas tradicionales. Esto ha llevado al desarrollo del generador de señales vectoriales, que también se conoce como generador de señales digitales. Estos generadores de señales son capaces de generar señales de radio moduladas digitalmente que pueden utilizar cualquiera de una gran cantidad de formatos de modulación digital , como QAM , QPSK , FSK , BPSK y OFDM . Además, dado que los sistemas de comunicación digital comerciales modernos se basan casi todos en estándares industriales bien definidos, muchos generadores de señales vectoriales pueden generar señales basadas en estos estándares. Los ejemplos incluyen GSM , W-CDMA (UMTS) , CDMA2000 , LTE , Wi-Fi (IEEE 802.11) y WiMAX (IEEE 802.16) . Por el contrario, los sistemas de comunicación militares como JTRS , que otorgan una gran importancia a la robustez y la seguridad de la información, generalmente utilizan métodos muy propietarios. Para probar este tipo de sistemas de comunicación, los usuarios a menudo crean sus propias formas de onda personalizadas y las descargan en el generador de señales vectoriales para crear la señal de prueba deseada.
Un generador de señales lógicas, un generador de patrones de datos o un generador de patrones digitales produce señales lógicas, es decir, 1 y 0 lógicos en forma de niveles de voltaje convencionales. Los estándares de voltaje habituales son LVTTL y LVCMOS . Es diferente de un "generador de pulsos/patrones", que se refiere a generadores de señales capaces de generar pulsos lógicos con diferentes características analógicas (como tiempo de subida/bajada de pulso, longitud de nivel alto, etc.).
Un generador de patrones digitales se utiliza como fuente de estímulo para circuitos integrados digitales y sistemas embebidos, para validación y pruebas funcionales.
Además de los dispositivos de uso general mencionados anteriormente, existen varias clases de generadores de señales diseñados para aplicaciones específicas.
Un generador de tono es un tipo de generador de señales optimizado para su uso en aplicaciones de audio y acústica . Los generadores de tono suelen incluir ondas sinusoidales en el rango de audición humana (de 20 Hz a 20 kHz). Los generadores de tono sofisticados también incluirán generadores de barrido (una función que varía la frecuencia de salida en un rango, para realizar mediciones en el dominio de la frecuencia), generadores de tonos múltiples (que emiten varios tonos simultáneamente y se utilizan para verificar la distorsión por intermodulación y otros efectos no lineales) y ráfagas de tonos (utilizadas para medir la respuesta a transitorios). Los generadores de tono se utilizan normalmente junto con medidores de nivel de sonido , al medir la acústica de una sala o un sistema de reproducción de sonido, y/o con osciloscopios o analizadores de audio especializados.
Muchos generadores de tono funcionan en el dominio digital y producen una salida en varios formatos de audio digital, como AES3 o SPDIF . Dichos generadores pueden incluir señales especiales para estimular varios efectos y problemas digitales, como recortes , fluctuaciones y errores de bits ; también suelen proporcionar formas de manipular los metadatos asociados con los formatos de audio digital.
El término sintetizador se utiliza para un dispositivo que genera señales de audio para música o que utiliza métodos ligeramente más complejos.
Se pueden utilizar programas informáticos para generar formas de onda arbitrarias en un ordenador de uso general y emitir la forma de onda a través de una interfaz de salida. Dichos programas pueden proporcionarse comercialmente o ser gratuitos. Los sistemas sencillos utilizan una tarjeta de sonido de ordenador estándar como dispositivo de salida, lo que limita la precisión de la forma de onda de salida y la frecuencia para que se encuentre dentro de la banda de frecuencia de audio .
Un generador de señales de vídeo es un dispositivo que genera formas de onda de vídeo y/o televisión predeterminadas y otras señales que se utilizan para estimular fallos en los sistemas de televisión y vídeo o para ayudar en las mediciones paramétricas de los mismos. Existen varios tipos diferentes de generadores de señales de vídeo de uso generalizado. Independientemente del tipo específico, la salida de un generador de vídeo generalmente contendrá señales de sincronización adecuadas para televisión, incluidos pulsos de sincronización horizontales y verticales (en analógico) o palabras de sincronización (en digital). Los generadores de señales de vídeo compuesto (como NTSC y PAL ) también incluirán una señal de ráfaga de color como parte de la salida. Los generadores de señales de vídeo están disponibles para una amplia variedad de aplicaciones y para una amplia variedad de formatos digitales; muchos de ellos también incluyen la capacidad de generación de audio (ya que la pista de audio es una parte importante de cualquier programa de vídeo o televisión o película).
Experimenter - Edición Vol. IV, N.º 10
